今天的多功能便携式多媒体装置,在越来越轻和更短的系统中,越来越集成了许多功能。音响是多媒体产品的基本功能之一,系统工程师大多将注意力放在便携式多媒体装置的“Cool”功能的研发上。例如,是无线连接、视听处理、影像的取入和再生等。因此,声电路通常只能利用系统的所谓“重要”元件电路的位置之外的剩余空间,并且声音质量通常低,甚至低。但是,如果想办法更多的话,良好的音响品质可以完美地和其他消费者的需求相结合。
本文旨在提供一种实现令人满意的系统设计和印刷电路板设计PCB layout水平的建议,以满足包括声音播放和/或录音功能的各种可移动系统设计要求。
尽管便携式声学系统的声学质量可能不好,但是本文讨论了类型声学信号的噪声源。不调谐的相关噪声对于终端用户来说可能会带来很大的烦恼,而不管白噪声(flat)或调制噪声tonal。白色噪音是安静音频段落中非常显著的show(hiss)的背景音。调音杂音的视频速率的内容不同,有可能成为pichapitchbuzz、boonhum或Gara(whine)的杂音。另一方面,良好的系统设计和印刷电路板电路图结构可以避免影响这些声音质量的噪声。
大多数便携式音频系统使用DAC或codecIC将数字音频转换成类比式信号。音频codec或DAC周围的电路板的设计非常重要。
codec或DAC设备在相同IC上兼有类比及数字电路。因此,类比和数字电源也通常使用AVDD和作为DVDD示出的多个电源供给销。电源供给销的其他类比号码包括HPVDD、DRVDD、SPKVDD和pVDD。其他数字电源供给销的编号包括IOVDD和BVDD。这些电源供给销是分开的。由于数字电路由于高速交换电流的关系可能产生较大的噪声,类比电路在电源供给中对噪声敏感。声学系统的设计和电路图的重点之一是类似于电源供给销。需要非常“清洁”的电源供给,需要将漣波电流(ripple)和瞬态电流(transient的数量抑制到最小限度。电源供给销上的噪声,用不同的方法可能干扰声音输入或输出信号。
在便携式音频系统中,主要的电力供给源通常是电池。由于系统的另一部分包括无线收发器、存储装置和显示屏幕上的瞬态电流的影响,电池可能是非常大的噪声源。与直接使用电池电压相比,优选使用良好的供电抑制比(power supply rejectio)和低输出噪声低压差线性稳压器LDO。由此,能够提供音信codec或DAC,因为能够提供其他音频信号通路装置(例如扩展器amplifier)2等类比电源电压,所以类比电路能够确保“干净”的电源供给。选择低压差线性稳压器时,慎重选择适合供电线路的额定电流current rating的稳压器。
类比电源使用适当的解藕容量decoupling capacitor也很重要。大容量解藕容量(10mu;F以上)可以用于过滤电源电压。小解藕容量(1mu;F以下)也必须根据IC需要提供快速瞬态电流。解藕电容的位置应尽可能接近类比电源销,以避免在电容间以及电源和接地线之间产生PCB导孔(vias)。小的解藕容量与大的容量相比,应该配置在IC靠近销的位置。因为序列电阻对小容量的响应时间有显着的影响。
由于声学转换器IC中的数字电源对噪声的灵敏度远低于类比电源,所以数字电路的电源可以由更有效的开关电源SMPS提供。SMPS通常有更高的输出漣波电流和噪声,但其80%的效率和更高的功率量能够大幅提高电池寿命。通常,数字电源不需要大容量解藕。相反,可以使用多个小容量(例如1mu;F和1nF)来提供数字电路中的高频交换电流。同样,较小值的解藕容量与较大容量相比应配置在IC靠近销的位置。
优良PCB设计方针
在另一便携式声音系统中,噪声干扰的原因是比较输入信号和输出信号的莲藕的噪声。混合莲藕的机构有可能是感应式((inductive)或电容式(capacitive),但是优秀的系统设计和PCB电路图结构能够将混合莲藕的程度抑制到最小限度。减少噪声的方法是,在类比音信号通路中,尽可能使用差动信号。差动信号中使用的PCB信号线(trace应当与组合阻抗平行地配置,以使任意噪声与“一般模式信号”相同地与差动信号通路的两端一致。差动电路的一般模式阻抗特性截断任何莲藕噪声并降低用户听到的噪声。差动信件可能无法使用,但将被视为非常有效的工具。
另一种系统设计的可执行方法是对PCB可能产生噪声莲藕的信号使用最高电压。实际上,由于可以假定藕噪声的强度不会随着传输信号的强度而增加,所以噪声强度保持恒定,如果信号强度增加SNR则增加。SNR数值增加,表示声音系统的效率也提高。低强度信号通过PCB时,该值必然增加。伴随着信号产生的噪声连带增加,有可能降低整个系统SNR。在这种情况下,在靠近源的地方放大低强度信号是可行的解决方案。
图1是该原则的一个例子。一个麦克风的温度为25mVp?生成p信号A(t),该信号必须经过PCB,为了随后的处理,1Vp尝试63?必须扩大到p。图中的红框表示通过电路基板的信号线,接收由信号E(t)表示的莲藕噪声。在A示例中,当信号接近麦克风时,在信号线穿过电路板连接噪声之前放大。因此,系统SNR3保持在28dB的水平,并且显示了良好的系统设计有效地带来多少差异。
在图1:A的例子中,信号线通过电路基板,在通信之前,与麦克风邻接的位置被放大,成为60dB的系统SNR。在B例子中,信号线通过电路基板,在莲藕噪声之后被放大,成为只有28dB的系统SNR。
由于系统成本和尺寸限制,对于在接近信号源的地方不能放大的信号,尽可能减少PCB信号线的长度是重要的。短PCB信号线不干扰由感应式或电容式机制产生的莲藕噪声。
最后,需要在具备内置麦克风的系统中慎重设计的信号类型是麦克风偏压电路(mICrophone bias ciRCuitry)。在便携式声学系统中使用的大部分极化体收音膜麦克风(electret capsolmICrophone)是2?需要3V的偏压。通常,偏压由远离麦克风的位置IC提供。在这种情况下,偏压在去往麦克风接收膜的途中夹入噪声。为了解决这个问题,可以用接近麦克风的电阻和容量过滤偏压。图2所示的麦克风电路设计是用于减弱偏压的伪差动聯结pseudo串行63?differential connection)和RC濾波器具有噪声。
图2:用接近麦克风的电阻和电容对偏压进行过滤是理想的方法。
所有声音系统需要电能转换器,并且可以听到用户所产生的声音。
大部分系统都提供耳机的输出。有些系统还包括内置或外部扬声器的输出。由于耳机(gt;6)和扩音器(gt;4)都需要高功率信号,因此为了将与这些转换器相关联的电路信号线的阻抗抑制到最小限度,这是非常重要的工作。PCB在信号线内有不需要的高阻抗的情况下,电力可能因PCB信号线而损失,无法向逆变器传输。这导致声学质量的损失,降低电池寿命,导致系统不需要的热能积累。通过尽可能地将扩音器和耳机的信号线缩短,可以降低阻抗,并且可以将上述负面影响抑制在最小限度。表1:低成本低功耗的便携式声学系统仍然可以获得良好的声信质量
系统区域推荐PCB设计指导方针IC比使用了低噪声、低漣波电流以及高pSRR的LDO电源供给高。相邻IC使用适当的解藕容量。IC数字电源供给使用高效率能源SMPS接近IC使用适当的解藕容量。当类比音信号需要与等差信号连接的增益(gain)时,在源附近放大信号。PCB尽量缩短信号线的长度。在麦克风偏压麦克风附近对偏压进行滤波的喇叭/耳机输出使用短而宽PCB信号线来降低电阻。